探索MAX161與MX7581：CMOS 8位8通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

在電子設(shè)計領(lǐng)域，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是連接現(xiàn)實世界與數(shù)字世界的橋梁。今天，我們來深入了解MAXIM公司的兩款CMOS 8位8通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)——MAX161和MX7581，看看它們在數(shù)據(jù)采集方面有哪些獨特的魅力。

文件下載：MAX161.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX161和MX7581是單芯片CMOS 8位8通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）。每顆芯片集成了8位A/D轉(zhuǎn)換器、8通道多路復(fù)用器、帶有競爭邏輯的8x8雙端口RAM以及與微處理器兼容的I/O邏輯。搭配電壓基準(zhǔn)源后，就能構(gòu)成一個完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可與大多數(shù)微處理器實現(xiàn)接口連接。

工作模式

它們采用微處理器時鐘或控制信號，以連續(xù)通道排序的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)會自動存儲在雙端口RAM中，在微處理器的控制下，任何時候都能讀取任意通道的數(shù)據(jù)。

產(chǎn)品改進(jìn)

MAX161是MX7581的增強版本，引腳兼容。其改進(jìn)之處包括更快的轉(zhuǎn)換和接口時序、更低的零誤差和漂移、更低的功耗，并且有軍品級溫度范圍的產(chǎn)品可供選擇。所有器件都有28引腳DIP和小外形（SO）封裝。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

這兩款芯片的應(yīng)用范圍廣泛，涵蓋了數(shù)字信號處理、數(shù)據(jù)記錄儀、自動測試設(shè)備、機器人技術(shù)和過程控制等領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域中，它們能夠高效地采集和處理數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供有力支持。

三、產(chǎn)品特性

快速轉(zhuǎn)換時間

MAX161的轉(zhuǎn)換時間僅為20μs，能夠快速完成數(shù)據(jù)采集，滿足實時性要求較高的應(yīng)用場景。

無溫度缺失碼

在不同的溫度環(huán)境下，都能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，不會出現(xiàn)缺失碼的情況，確保了系統(tǒng)的可靠性。

片上8x8雙端口RAM

方便數(shù)據(jù)的存儲和讀取，使得數(shù)據(jù)處理更加高效。

直接接口能力

可直接與Z80/8085/6800等微處理器進(jìn)行接口，簡化了系統(tǒng)設(shè)計。

比例測量能力

具備比例測量功能，能夠更好地適應(yīng)不同的測量需求。

交錯DMA操作

通過內(nèi)部邏輯實現(xiàn)自動交錯DMA操作，確保在微處理器訪問內(nèi)存時不會發(fā)生內(nèi)存更新沖突。

四、訂購信息

MAX161和MX7581有多種不同的型號可供選擇，涵蓋了不同的溫度范圍、封裝形式和誤差等級。例如，MAX161ACPI適用于0°C至+70°C的溫度范圍，采用塑料DIP封裝，誤差為1 7/8LSB；而MAX161AMJI適用于-55°C至+125°C的溫度范圍，采用CERDIP封裝，誤差為1/2LSB。工程師可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求選擇合適的型號。

五、詳細(xì)工作原理

基本操作

MAX161和MX7581會將8個輸入通道的模擬信號依次轉(zhuǎn)換為8位數(shù)據(jù)字，并將數(shù)據(jù)存儲到對應(yīng)的RAM地址中。整個轉(zhuǎn)換過程對用戶是透明的，輸出數(shù)據(jù)可直接從RAM中讀取。該設(shè)備可以直接由微處理器時鐘（如6800類型系統(tǒng)）或控制信號（如8085類型系統(tǒng)的ALE）驅(qū)動。

A/D轉(zhuǎn)換

內(nèi)部的轉(zhuǎn)換過程分為10個階段，每個階段持續(xù)8個時鐘周期。在第一階段，輸入多路復(fù)用器遞減，控制邏輯復(fù)位，STAT（引腳12）在該階段開始時會低電平8個時鐘周期（在通道1轉(zhuǎn)換后，STAT也會低電平72個時鐘周期）。在第2至9階段進(jìn)行逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換，最后在第10階段將數(shù)據(jù)加載到RAM中。單通道轉(zhuǎn)換需要80個輸入時鐘周期，而對所有通道進(jìn)行完整掃描則需要640個時鐘周期。上電后，內(nèi)部啟動邏輯會在800個時鐘周期內(nèi)初始化轉(zhuǎn)換器。

數(shù)字接口

通道選擇

通過AO - A2對RAM地址進(jìn)行尋址。在具有復(fù)用地址/數(shù)據(jù)總線的系統(tǒng)中，地址由ALE（引腳16）鎖存；當(dāng)?shù)刂泛蛿?shù)據(jù)總線分開時，將ALE置為高電平可使地址鎖存器透明。

時序和控制

當(dāng)CS（引腳13）為高電平時，三態(tài)數(shù)據(jù)驅(qū)動器處于高阻態(tài)；當(dāng)CS變?yōu)榈碗娖綍r，驅(qū)動器切換到激活狀態(tài)。輸出數(shù)據(jù)在時間tAcc后有效。

數(shù)據(jù)讀取操作

MAX161和MX7581會持續(xù)掃描和轉(zhuǎn)換模擬輸入信號，而不受數(shù)據(jù)輸出所選通道的影響。片上RAM和競爭邏輯允許數(shù)據(jù)相對于轉(zhuǎn)換過程異步讀取，輸出數(shù)據(jù)（RAM內(nèi)容）即為所選通道的最新轉(zhuǎn)換結(jié)果。內(nèi)部邏輯提供自動交錯DMA，確保在微處理器訪問內(nèi)存時不會進(jìn)行內(nèi)存更新。通常，RAM在時鐘上升沿、STAT變低前6個時鐘周期更新，前提是CS為高電平（即不進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取）；如果CS為低電平（正在進(jìn)行讀取操作），則內(nèi)存更新會延遲3個時鐘周期。只要CS持續(xù)時間小于3個時鐘周期，就能避免異步讀取時的“競爭”錯誤。

通道識別

在某些實時應(yīng)用中，可能需要在特定通道接收到更新數(shù)據(jù)時提供中斷信號。此時，需要識別當(dāng)前正在轉(zhuǎn)換的通道。當(dāng)通道0激活時，STAT會保持較長時間的低電平（72個時鐘周期，而不是8個時鐘周期），以此提供識別信號。輸入通道按反向順序掃描，即AIN7、6...1、0。另一種通道識別方法是使用微處理器定期查詢STAT輸出。

六、工作電路

單極性二進(jìn)制操作

對于基本的單極性操作（0至+10V輸入），連接-10V參考電壓到引腳10，時鐘連接到引腳15。校準(zhǔn)過程包括偏移和滿量程調(diào)整。偏移調(diào)整使用雙極性偏移引腳Bos，通過調(diào)整電阻R10 - R12組成的分壓器，使DBO（LSB）閃爍來完成；滿量程調(diào)整則是將+9.941V（F.S. - 3/2LSB）施加到所有輸入，選擇一個通道，調(diào)整所選輸入的微調(diào)器RN，使DB7 - DB1為高電平且DBO（LSB）閃爍，然后對其他通道重復(fù)此操作。

單極性（補碼二進(jìn)制）操作

對于單極性（0至 - 10V輸入）補碼二進(jìn)制操作，校準(zhǔn)過程類似。偏移調(diào)整時，將A0 - A2置為低電平并使用ALE鎖存，激活通道0，當(dāng)AIN0 = - 9.98V（即 - F.S. + 1/2LSB）時，調(diào)整R11使DB7 - DB1為低電平且DBO（LSB）閃爍；滿量程調(diào)整是將 - 58.6mV（3/2 LSB）施加到所有通道，選擇所需通道，調(diào)整所選通道的微調(diào)器RN，使DB7 - DB1為高電平且DBO（LSB）閃爍，然后對其他通道重復(fù)此操作。

雙極性（偏移二進(jìn)制）操作

對于±5V雙極性操作，校準(zhǔn)過程也包括偏移和滿量程調(diào)整。偏移調(diào)整時，將A0 - A2置為低電平并使用ALE鎖存，選擇通道0，當(dāng)AIN0 = - 4.980V（即 - F.S. + 1/2LSB）時，調(diào)整R11使DB1 - DB7為低電平且DB0（LSB）閃爍；滿量程調(diào)整是將 + 4.941V（+F.S. - 3/2LSB）施加到所有通道，選擇所需通道，調(diào)整所選通道的微調(diào)器RN，使DB1 - DB7為高電平且DB0（LSB）閃爍。對每個增益調(diào)整后的通道施加 - 19.5mV，如果輸出代碼不在01111111和1000000之間閃爍，則重復(fù)校準(zhǔn)過程。

七、應(yīng)用提示

模擬和數(shù)字接地

AGND和DGND應(yīng)在設(shè)備處連接在一起，以防止噪聲注入A/D轉(zhuǎn)換器。在AGND和DGND連接不靠近設(shè)備的系統(tǒng)中，應(yīng)在AGND和DGND引腳之間連接鉗位二極管（如1N914或等效器件）。

電源旁路

VDD（引腳28）應(yīng)使用10μF電解電容和0.1μF陶瓷電容旁路到AGND，并且盡量縮短引線長度。

邏輯去毛刺

地址總線上的未指定狀態(tài)（由于不同的上升和下降時間）可能會在CS引腳產(chǎn)生毛刺，引發(fā)不必要的讀取操作。可以采取相應(yīng)的措施來消除這些毛刺。

MAX161和MX7581在數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域具有諸多優(yōu)勢，為工程師提供了一個可靠、高效的解決方案。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求和場景，合理選擇型號，并注意相關(guān)的應(yīng)用提示，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。你在使用類似的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。